在发射火箭Р—2Р82和Р—5时，对系统进行了试验。当时，无线电控制仪器位于距离发射点50千米的小乡村黑谷。结果表明，发动机火焰对米波传播有严重影响，而无线电控制设备正是工作在这一波段。为达到清晰可辨的结果，需要将地面站点作如下的侧移：使瞄准线和火箭轴线成一定角度。
问题解决了。但在当时，第一特种设计局转向改进 Р —5 的工作，也就是Р—5М。这是因为，1953年8月12日，在塞米巴拉金斯克成功进行了第一颗国产热核原子弹РДС—6 的试验，其能量相当于40万吨梯恩梯炸药83。苏联的原子专家做到了制造尺寸较小、质量仅1吨的核弹。现在要为此核弹制造一种弹道火箭。
在Р—5基础上，研制能携带热核原子弹，射程1200 千米火箭的决定于1954年4 月10 日发出。不过在科罗廖夫设计局，早在1953年底就已经开始考虑方案了。要求为，研制一种新式火箭，其箭身较短，锥形弹头，还要满足弹头与地面接触时的速度减小100%，以满足启动自爆的要求。这便导致火箭总长度的减小并改变其气动特性，随之而来的是要为确定Р—5М的总体而进行试验。携带原子弹，这要求火箭控制系统可靠性必须提高，做到一条线路中的错误或损伤不会导致总体失效。此外，还要求简化火箭发射的准备过程，缩减其服务人员。
第一特种设计局的团队光荣地完成了改进Р—5 的任务。在这种情况下，工厂生产火箭 Р —5М 的周期受到严格控制：限定在1954年内完成。
为提高火箭Р—5М的可靠性，所有弹载控制系统和无线电综合系统的线路都是双份：自动稳定装置由独立的两路构成； 舵机组，不像此前所有其他火箭那样有4台舵机，而是有6台； 有双份电源；而对于飞行距离控制，则采用了3 条回路。在设备组成中还补充了新的应急爆炸系统——如果由于某种故障，火箭发生明显偏离预计轨迹，应该在其飞行中被销毁。
设计人员做到了使发射过程完全自动化，但发射前的准备仍需占用许多时间。起初，为使火箭作好战斗准备需要30 小时； 后来，由于改善了组织工作，这一时间缩短为5~6小时。
火箭Р—5М存在着严重的、不可克服的缺点：用作氧化剂的液态氧，不允许火箭在注满燃料状态下长时间储存。为补充不断蒸发的氧气，需要在火箭所在区域建起大型工业企业。向火箭填充氧化剂必须在直接发射之前，为此，需要建起巨大的发射设施。无论如何，苏联军队得到了具有大规模杀伤力的武器。火箭能够在10~12分钟内得到弹头，将一个位于1000千米之外的大工业城市的居民消灭。
1956年2月2日，完成长周期试验的Р—5М火箭的检验发射验证了这一能力。弹道火箭在世界上第一次通过太空携带了原子弹头。飞过1200千米之后，弹头到达阿拉尔斯克的卡拉库姆区域落地，撞击引信启动，巨大而可怕的爆炸，开启了人类历史上的火箭原子时代。爆炸功率超过8 万吨梯恩梯炸药当量，是广岛原子弹爆炸威力的4倍。
有关这一历史事件没有任何官方报道。美国的“潜伏反对派”侦察机构当时还不具备能够发现火箭发射的手段，因此，爆炸事实被当作例行地面原子武器试验。
Р—5М火箭服役使用的标号为8К51。火箭的主要设计师们因该火箭的研制而被授予社会主义劳动英雄称号。
1950年年中，Р—5М火箭是良好的弹道火箭。因此，第一特种设计局在其基础上很快拿出地球物理火箭的设计方案就不足为怪了。地球物理火箭的目标是，进一步研究围绕地球空间的高层大气，研究沿着高度大约500 千米的亚轨道宇宙飞行方面的问题。科罗廖夫将Р—5М火箭与自己发射宇航员的新计划联系起来，此计划中的宇航员已经不再是试验狗，而是人。
还在全力进行Р—5М火箭试验的时候，1955年6月，科罗廖夫就准备了一份关于自己科研事业的报告，其中好似顺便地说到研制“火箭飞船，用于载人达到高空，以便探索星际空间”的现实可能性。
9月，总设计师在庆祝莫斯科包曼高等工业学校84 125 周年校庆上发表演讲。其报告的题目是《关于利用火箭研究高层大气以及大气以上空间的飞行问题》。报告中，科罗廖夫对地球物理火箭的工作进行了总结，更主要的是，首次在公众面前声明，“自动控制火箭——带有试验者的飞行试验室，在大约100 千米的高空进行观察飞行是可能的。”在这种情况下，为运载乘员，研究人员既审查了垂直飞行，也审查了沿着倾斜轨迹的飞行。科罗廖夫在演讲结束时号召，“让苏联人成为第一个乘火箭飞行的人”。
尽管保密，科罗廖夫的报告还是引发了共鸣。年轻学者阿伯拉姆·格尼、亚历山大·谢良平、叶夫根尼·尤嘉诺夫甚至提写申请，要求相信他们可以乘火箭飞行。
事情越搞越大。隶属于苏联科学院院长的部际协调委员会，于1956年4月28日召开了会议，会议由阿纳托利·阿尔卡季耶维奇·波拉格拉沃夫85和列奥尼德·伊万诺维奇·谢多夫86主持，以协调高层大气的研究工作。亚兹多夫斯基和吉洪拉沃夫在会上分别作报告（《关于人类飞往高层大气问题》和《关于人类飞往高层大气的前景》）。这都是理论方面的论述，不过当时，亚兹多夫斯基的报告中已经说明，有必要使驾驶员借助单独的降落伞，而不是坐在再入大气层飞行器的内部着陆。而吉洪拉沃夫认为，更具前景的是沿着倾斜轨迹的飞行，因为在这种情况下，过载将较小，而经受失重的时间会多一些。委员会会议总结中建议，开始准备使用专用火箭，达到100千米高度的载人飞行。
就在这个4 月，科罗廖夫写出单独报告，题目是《研究宇宙的最新任务》。报告中，对使用地球物理火箭Р—5А87的各种方案，保证乘员在弹道密封舱和火箭飞机的飞行，进行了审查。
有资料表明，在这一时期，国家航空医学科学试验研究院开始首次选拔宇航员队伍：亚兹多夫斯基和其他医学工作者查阅了飞机试飞员们的档案，试图制订一些准则，据此挑选未来星际空间的征服者。这是秘密进行的，甚至领导也不知道。因为，身为空军主帅的空军总司令帕维尔·费多洛维奇·日加列夫，相当轻蔑地评论了亚兹多夫斯基小组的事业，并且没有表扬“火箭狗”的发射。
不过，火箭Р—5А最终没有经过讨论确定为有人驾驶火箭。而对所谓火箭束组装成的火箭所进行的工作，显得更有前景。
1．9 捆绑式火箭
吉洪拉沃夫建议将火箭组装成束。令人扫兴的是，他的火箭ВР—190（“胜利”） 在НИИ—4 MO改变成了“探空火箭”。这位设计师，拥有全权的研究院副院长，于是组建起新的从事多级火箭的研究分部，但它不是将火箭串联组装，而是并联、组装成一捆儿。
关于捆绑式火箭的设想并非异想天开。问题在于，习惯的布局是，火箭的各级串联排列。尽管看似简单，实际它有缺点。首先是没有解决飞行期间二级火箭发动机的启动问题。理论家认为这无关紧要，但实践家却很久都不知道该怎么办。第二个重要的问题是，甚至评估计算都表明，串联组装并能达到第一宇宙速度的火箭，其实际尺寸将是巨大的——不得不建造高大的装配塔。而火箭本身，由于长度增加而变得更加脆弱和不可靠。
在试图解决这一问题的同时，吉洪拉沃夫把注意力转向他无限崇拜的齐奥尔科夫斯基的论文，并在《火箭的最大速度》（ 1935年）的论文中，找到了有关“火箭联队”88的描述。可以把吉洪拉沃夫建议的设想诠释为，使同时发射的数枚火箭，按照齐奥尔科夫斯基的设想仅有液压联系，再补充上机械联系，组成“一束”。这样的布局中，全部火箭的发动机的启动都是瞬间的，一开始是从一枚火箭向发动机提供燃料，当燃料耗尽后便销毁，而后，从另一火箭提供燃料，依此类推。
火箭“束”的飞行航程没有限制，也就是说，先给出航程，而后，根据航程设计其“束”。但在当时，没有优化理论以供选择这样复杂机组的主要结构——弹道参数，摆在吉洪拉沃夫领导的新分部面前的任务，正是要创立这一理论。1947年，火箭专家们还没有供自己使用的电子计算机，所有必要的计算，都需用人工在手摇计算机上完成。雪上加霜的是，年终，取消了对捆绑式火箭理论研究的预算，包括对捆绑式火箭布局分析的预算。
吉洪拉沃夫集中精力跟踪着分部的工作。结果令他十分满意，他决定向НИИ—4МО学术委员会报告这些成果。人们以戒备的目光看待这一独特设想。批评马上就指向了组合火箭的不良气动力特性，以及机械联接的脆弱性。但是，吉洪拉沃夫坚信设计方案的可实现性，并于1948年7 月14 日，在炮兵科学院宣读了经过充实的报告《实现火箭远射程之路》。演讲引发了愤怒的风暴，没有哪个专家相信，弹道火箭有达到1000 千米以上射程的现实可能性。因此，吉洪拉沃夫关于“捆绑式火箭能够达到任何距离，甚至可以冲向人造地球卫星轨道”的声明，使整个大厅激动起来。命运的戏弄。在那些嘲讽批评者中，还有火箭力学和宇航学领域的著名学者。
革命性的报告差一点成为吉洪拉沃夫科学事业的灾难。分部马上被说成“从事非当务之急的问题”。吉洪拉沃夫本人被解除副院长职务，贬为科技顾问。这时，科罗廖夫决定干涉一下他的命运。1949年12月，他正式下达给НИИ—4МО研究院一项工作任务，即完成课题《制造捆绑式组装远程火箭的可能性与合理性研究》。说明中直接讲明了研究目的，“使用单独火箭和远程组装火箭（串联式和捆绑式） 达到远距离的可能性比较，以便选取在远程火箭领域适宜的工作方向”。
吉洪拉沃夫得到任务后，不仅恢复了课题，而且被准许组建一个相当大的小组，进行科学研究工作。1950年5 月，他作了新的报告——《捆绑式火箭及其发展前景》。
当时的说法是，根据科罗廖夫的技术任务书，小组研究了由3个大型弹道火箭组成的二级捆绑式火箭，并证明，这种火箭不仅能够携带大重量的战斗部，达到任意距离，而且可以将卫星送入轨道，卫星重量足可以载人飞行。大家认真听取了报告。但后来的讨论，仍然演变成了冷嘲热讽。
小组对制造、组装火箭过程中各种问题的研究一直持续至1953年。研究成果定时送至科罗廖夫设计局。科罗廖夫尤其喜欢其中一种最简单的捆绑式布局，他看到，吉洪拉沃夫的小组“在缝纫”，于是，委托斯捷克洛夫89应用数学分部将此布局优化。
1950年初，吉洪拉沃夫小组递交给苏联政府两封信，信中论证性地叙述了组装式星际火箭的应用前景。这些信对于促进政府关于制造新型火箭的决定，起到了一定作用。
斯大林在临终前不久的 1953年2 月13 日，签署了这一决定。决定下达课题“Т —1”，即“制造飞行距离为7000 ~8000千米的两级弹道火箭的理论和实验研究”。研究的目的是，对重量达170 吨、携带3 吨重可分离弹头的远程火箭，进行草图设计方案研究。